(57)【要約】【課題】  押出扁平管の耐圧強度を向上させる。【解決手段】    押出によって得られた熱交換器用アルミニウム合金製扁平管に、ろう付に先立って、歪み率２〜１５％で低歪み加工を行う。押出によって再結晶組織を有する扁平管をろう付加熱によって表層側が再結晶組織からなり、内層側に未再結晶組織領域を有する組織形態にする。歪み率は、例えば、低歪み加工前の扁平管の高さをＨ０、低歪み加工後の扁平管の高さをＨとして、（１−Ｈ／Ｈ０）＊１００％で示される。表面層１ａおよび流路孔内表面層２ａの再結晶組織によってろうの侵食が阻止されて、ろう侵食による強度低下を防止する。内層１ｂの未再結晶組織によって高い耐圧強度を有し、耐久性に優れた熱交換器を得ることができる。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ろう付加熱後において、表面層および流路孔内表面層が再結晶組織からなり、前記表面層および流路孔内表面層の内部に未再結晶組織を有することを特徴とする熱交換器用アルミニウム合金製押出扁平管。
【請求項２】
隣接する流路孔内表面層間に、未再結晶組織からなる内柱部領域を有することを特徴とする請求項１記載の熱交換器用アルミニウム合金製押出扁平管。
【請求項３】
前記未再結晶組織は、隣接する結晶粒に関して、各々の結晶方位の差が２０°以下であり、且つ各々の結晶粒径が２０μｍ以下の結晶粒が、測定範囲中に占有率５０％以上存在する組織であり、前記再結晶組織は、隣接する結晶粒に関して、各々の結晶方位の差が２０°超であり、且つ各々の結晶粒径が２０μｍ以上の結晶粒が、測定範囲中に占有率５０％以上存在する組織であることを特徴とする請求項１または２に記載の熱交換器用アルミニウム合金製押出扁平管。
【請求項４】
前記表面層が５〜２５０μｍの厚さを有し、流路孔内表面層が５〜２５０μｍの厚さを有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の熱交換器用アルミニウム合金製押出扁平管。
【請求項５】
押出によって得られた熱交換器用アルミニウム合金製扁平管に、ろう付に先立って、歪み率が２〜１５％の低歪み加工を行うことを特徴とする熱交換器用アルミニウム合金製押出扁平管の製造方法。
【請求項６】
前記押出が、ビレット温度４００〜５５０℃、押出速度１０〜１５０ｍ／分で行われたものであることを特徴とする請求項５記載の熱交換器用アルミニウム合金製押出扁平管の製造方法。  
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、押出によって流路孔を有する扁平形状に成形されたものであって、ろう付よってフィン、ヘッダチューブなどを接合して熱交換器を構成するアルミニウム合金製熱交換機用押出扁平管およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱交換器に使用される押出扁平管は、一般にアルミニウム合金ビレットを押出成形することにより製造され、フィン、チューブなどとともにろう付接合することで熱交換器とされる。
ところで、軽量薄肉化や冷媒変更により、上記熱交換器の主要な構成部材である押出扁平管に対する高強度化が求められている。しかし、熱交換器は６００℃前後のろう付により製造されるため、従来から押出扁平管に用いられている１ＸＸＸ系合金やＡｌ−Ｍｎ系合金では、上記ろう付によって鈍ってしまい、最も強度の低下した状態で使用されている。そのため、最近では高強度化を目的に時効硬化型の合金の中で比較的押出性に優れる６ＸＸＸ系合金の採用が検討されつつある（例えば特許文献１）。
【特許文献１】特開平５−１７１３２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、このような合金では従来合金に比べると押出性を低下させるＭｇを含有しているため、特に優れた押出性が要求される扁平管の押出は困難であった。更にＭｇは一般的になろう付で用いられているノコロックフラックスと反応し、ろう付性を著しく低下させる問題もある。
【０００４】
本発明は、上記事情を背景としてなされたものであり、押出性の低下やろう付性の低下を招くことなく高強度化が達成されたアルミニウム合金製熱交換器用押出扁平管およびその製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するため本発明の熱交換器用アルミニウム合金製押出扁平管のうち、第１の発明は、ろう付加熱後において、表面層および流路孔内表面層が再結晶組織からなり、前記表面層および流路孔内表面層の内部に未再結晶組織を有することを特徴とする。
【０００６】
なお、本発明の熱交換器用アルミニウム合金製押出扁平管は、隣接する流路孔内表面層間に、未再結晶組織からなる内柱部領域を有するのが好ましい。
また、前記再結晶組織の平均粒径は、５０μｍ〜２０００μｍからなり、未再結晶組織の平均粒径は０．１〜２０μｍからなるものを示すことができる。
また、本発明の熱交換器用アルミニウム合金製押出扁平管は、ろう付加熱前において、全面が再結晶組織からなるのが好ましい。
さらに、前記表面層は５〜２５０μｍの厚さを有し、流路孔内表面層は５〜２５０μｍの厚さを有するものを示すことができる。  
【０００７】
また、本発明の熱交換器用アルミニウム合金製押出扁平管の製造方法は、押出によって得られた熱交換器用アルミニウム合金製扁平管に、ろう付に先立って、歪み率が２〜１５％の低歪み加工を行うことを特徴とする。
なお、前記押出は、ビレット温度４００〜５５０℃、押出速度１０〜１５０ｍ／分で行われたものであることが好ましい。
【０００８】
すなわち本発明の熱交換器用アルミニウム合金製押出扁平管では、ろう付加熱後において、表面層および流路孔内表面層で再結晶組織が形成されているので、ろう付加熱中におけるろうの侵食が阻止されている。未再結晶組織はろう付時にろうの侵食を著しく受け、侵食された部位は肉厚が減少するため強度の低下を招くことになる。しかし、本発明では、扁平管の表面層に再結晶組織を形成することで、ろう付時のろうの侵食を防止することができる。また、前記表面層および流路孔内表面層の内部には未再結晶組織を有するものの、上記再結晶層でろうの侵食が阻止されているので内層側でろう付不良を招くこともない。そして、内層側が未再結晶組織となっていることにより、扁平管全体では高い強度を示し、耐圧強度に優れる押出扁平管を得ることができる。熱交換器に使用される押出扁平管は、通常、冷媒の通路となる穴が多数設けられた多穴管である。この多穴管の耐圧試験を行うと、まず内柱部が破断し破壊される。即ち、内柱部の強度を増加させることで、より耐圧強度に優れる押出扁平管を得ることができる。
【０００９】
なお、本願で未再結晶組織は、「隣接する結晶粒に関して、各々の結晶方位の差が２０°以下であり、且つ各々の結晶粒径が２０μｍ以下の結晶粒が、測定範囲中に占有率５０％以上存在する組織」をいうものと定義することができる。一方、再結晶組織、「隣接する結晶粒に関して、各々の結晶方位の差が２０°超であり、且つ各々の結晶粒径が２０μｍ以上の結晶粒が、測定範囲中に占有率５０％以上存在する組織」をいうものと定義することができる。未再結晶組織および再結晶組織以外は、未再結晶組織と再結晶組織の混合組織である。
上記で説明するように再結晶組織は強度は低いもののろうの侵食抵抗性があり、未再結晶組織は強度が高いもののろうの侵食抵抗性が低いものである。
【００１０】
なお、未再結晶組織は、隣接する流路孔内表面層間の内柱部領域にあるのが好ましい。この内柱部領域は、扁平管に加わる荷重を主として支える部分であり、この領域の強度が扁平管の耐圧強度に大きな影響を与える。このため未再結晶組織は、隣接する流路孔内表面層間から表面層間に至るのが好ましい。また、扁平管の強度を高めるためには未再結晶組織の領域が広い方が望ましいが、再結晶組織からなる表面層および流路孔内表面層の厚さが小さいと、ろうの侵食を阻止する機能が十分でなくなる。このため表面層および流路孔内表面層の厚さは５μｍ以上であるのが望ましい。一方、過度に厚くしても、ろうの侵食阻止効果は飽和し、その一方で強度が低下する。これは再結晶組織は強度は低いためであり、また再結晶組織を厚くすると、強度の高い未再結晶領域が小さくなるためである。このため、上記厚さは２５０μｍを上限とするのが望ましい。
【００１１】
なお、ろう付加熱後の再結晶組織は、上記したように平均粒径で５０〜２０００μｍの範囲が望ましい。これは、５０μｍ未満ではろうの侵食阻止作用が十分でなくなる。これはろう侵食は結晶粒界より始まるので、再結晶粒は粗い方がよいためである。また、平均粒径が２０００μｍを超えても耐ろう侵食性の向上はない。
【００１２】
また、押出扁平管は、前記したようにろう付加熱前において全面が未再結晶組織であるのが好ましい。これは、再結晶組織領域と未再結晶組織領域とが混在していると、ろう付加熱による組織変化を制御することが難しく、所望の組織領域を有する扁平管を得ることが困難になるためである。
【００１３】
本発明の製造方法では、ろう付後に内層側に未再結晶組織を形成させることで強度増加を図るものであり、この未再結晶組織を形成させるために、押出後に適正な低歪み（歪み率２〜１５％）を加え、ろう付熱処理をする。歪み率は、さらに下限を４％、上限を１０％とするのが望ましい。
歪みの加え方は特に限定はしないが、例えば、ローラによる圧延や張力による加工、曲げによる加工などがある。内柱部に未再結晶組織を形成させるには、適正な歪みが加わるように内柱形状を設計するのが望ましく、応力集中するよう内柱領域の流路孔間肉厚を扁平管表面と流路孔間の肉厚よりも薄くすることが考えられる。
【００１４】
なお、上記歪み率は、チュ-ブ高さを減少させる加工によって行う場合、低歪み加工前の扁平管の高さをＨ０、低歪み加工後の扁平管の高さをＨとして、（１−Ｈ／Ｈ０）＊１００％で示すことができる（図２（ａ）参照）。
また、チュ−ブの断面観察により歪み率を測定する場合、低歪み加工前の扁平管の内柱肉厚をＴ０、低歪み加工後の内柱肉厚をＴとして、（１−Ｔ０／Ｔ）＊１００％で示すことができる（図２（ｂ）参照）。
さらに、張力により歪みを加える場合、低歪み加工前の扁平管の長さをＬ０、低歪み加工後の扁平管の長さをＬとして、（１−Ｌ０／Ｌ）＊１００％で示すことができる（図２（ｃ）参照）。また、張力歪み付加の場合、低歪み加工前の扁平管の幅をＷ０、低歪み加工後の扁平管の幅をＷとして、（１−Ｗ０／Ｗ）＊１００％で示すこともできる。
【００１５】
なお、一般に、押出加工によって押出材は主として再結晶組織を有しているが、本発明では、上記低歪み加工前に全面が再結晶組織になっているのが望ましい。この押出扁平管に上記した低歪み加工を施した後、ろう付処理を行うことで、表層側が再結晶組織で内層側に未再結晶組織を有するように調整することができる。この表面層の再結晶組織の形成は押出条件に影響を受ける。表面層の再結晶組織は押出時の金型と押出材との摩擦抵抗によって押出材表面に大きな歪みが加えられ、その後ろう付熱処理することにより得られる。また、このときに流路孔内表面層にも大きな歪みが加わって再結晶組織が得られる。
再結晶組織を形成するのに適正な押出条件は、例えば、ビレット温度４００〜５５０℃、押出速度１０〜１５０ｍ／ｍｉｎである。尚、押出材表面に大きな歪みが加わった状態で、その後、未再結晶組織を形成するための低い歪みが更に加わっても、再結晶組織の形成に影響はない。
【発明の効果】
【００１６】
以上説明したように、本発明の熱交換器用アルミニウム合金製押出扁平管によれば、ろう付加熱後に、表面層および流路孔内表面層が再結晶組織からなり、前記表面層および流路孔内表面層の内部に未再結晶組織を有するので、ろう付加熱に際し、表面層および流路孔内表面層の再結晶組織によってろうの侵食が阻止されて、ろう侵食による強度低下を招くことがない。また、内層の未再結晶組織によって高い耐圧強度を有しており、耐久性に優れた熱交換器を得ることができる。
【００１７】
また、本発明の熱交換器用アルミニウム合金製押出扁平管の製造方法によれば、押出によって得られた熱交換器用アルミニウム合金製扁平管に、ろう付に先立って、歪み率が２〜１５％の低歪み加工を行うので、押出によって再結晶組織を有する扁平管をろう付加熱によって表層側が再結晶組織からなり、内層側に未再結晶組織領域を有する組織形態に確実にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に、本発明の一実施形態を添付図面に基づき説明する。
所定の組成を有するアルミニウム合金ビレットを常法の方法等によって溶製する。なお、アルミニウム合金の組成は本発明としては特に限定されるものではなく、適宜の組成を選定することができる。例えば、ＪＩＳ  Ａ３００３、１０５０、１１００合金などの組成を選択することができる。
上記ビレットは、常法により熱間押出をして所望の形状を有する押出扁平管とする。なお、熱間押出に際しては、ビレット温度４００〜５５０℃、押出速度１０〜１５０ｍ／ｍｉｎの条件を採択するのが望ましい。
得られた押出扁平管１は、図１に示すように、流路孔２が並列して設けられており、全体が扁平な形状になっている。なお、流路孔２は丸孔でも角穴でもよいが、内表面層の組織制御の容易さから丸孔が望ましい。
【００１９】
その後、押出扁平管には歪み率２〜１５％で低歪み加工を行う。低歪み加工はロール圧延などによって行う。この低歪み加工後には、押出扁平管１の全面が再結晶組織なっている。歪み加工率は、例えば、図２（ａ）に示すように、低歪み加工前のチューブ高さＨ０と、低歪み加工後のチューブ高さＨを用いて、下記式で示すことができる。
歪み率（％）＝（１−Ｈ／Ｈ０）＊１００
【００２０】
上記押出扁平管１は複数を並設して、フィン３、ヘッダチューブ４などを組み付けてろう付加熱に供する。ろう付加熱の条件は特に限定されるものではないが、通常、５９０〜６１０℃に加熱してろう付を行う。上記ろう付に際しては、押出扁平管１の端部とヘッダチューブ４とを接合する際に、図３に示すように、ろう付加熱によって押出扁平管１では、表面層１ａおよび流路孔内表面層２ａが再結晶組織になり、それよりも内層では、隣接する流路孔内表面層２ａ、２ａ間の内柱部領域１ｂも含めて未再結晶組織になっている。
また、ろう付に際しては、図４に示すように、溶融したろう５と押出扁平管１表面との接触やろう５の流路孔２への回り込みが生じる場合もあるが、再結晶組織である表面層１ａおよび流路孔内表面層２ａによってろうの侵食が防止される。
ろう付加熱後においては、表面層１ａおよび流路孔内表面層２ａは再結晶組織になっているとともに、その内層、特に内柱部領域１ｂは未再結晶組織で構成されている。この押出扁平管１は、この未再結晶組織によって高い強度を示し、特に耐圧強度に優れたものとなる。
【００２１】
以上、上記実施形態によって本発明を説明したが、本発明は、上記実施形態の説明に限定されるものではなく、本発明の範囲内において適宜変更が可能である。
【実施例１】
【００２２】
以下に、本発明の実施例を比較例と対比して説明する。
ＪＩＳ  Ａ３００３合金を溶解鋳造し、直径２０ｃｍのビレットを製造した。このビレットを通常の条件で均質化処理したのち押出加工することにより、図１に示すような幅２０ｍｍ、高さ２ｍｍ、１０個の冷媒通路丸穴を有した押出扁平管を成形した。
この押出扁平管を上下に配置したローラー間に通して圧延し低歪みを加えた後、６００℃×３ｍｉｎ保持のろう付熱処理し室温で引張試験を行った。なお、一部では上記低歪み加工を加えない比較例を用意した。表１に加えた歪み量と機械的性質を示す。
また、押出扁平管の表面層、流路孔内表面層および内柱部領域での組織をＳＥＭ−ＥＢＳＰ（Electron Back-Scatter diffraction Pattern）によって組織観察した。組織観察では、以下の条件で結晶方位、結晶粒径、占有率を求めた。
【００２３】
１  結晶方位測定
＜測定装置＞  ＳＥＭ−ＥＢＳＰ  
＜測定範囲＞  １６００μｍ×１６００μｍの１視野（任意の個所）
＜方位境界＞  ２０°（押出方向に対する）
２  結晶粒径測定
＜観察＞  ＳＥＭ−ＥＢＳＰ
＜測定範囲＞  １６００μｍ×１６００μｍの１視野（任意の個所）
＜測定方法＞  観察された各々の結晶粒に対して、押出方向に平行な線分によって、最大となる結晶粒径（直径）を測定する。
３  占有率測定
＜測定装置＞  ＳＥＭ−ＥＢＳＰ
＜測定範囲＞  １６００μｍ×１６００μｍの１視野（任意の個所）
＜測定＞  未再結晶粒（または再結晶粒）を全て指定し、上記範囲内での占有率（％）を測定する。
【００２４】
上記観察によって、隣接する結晶粒に関して、各々の結晶方位の差が２０°以下であり、且つ各々の結晶粒径が２０μｍ以下の結晶粒が、測定範囲中に占有率５０％以上存在する組織を未再結晶組織とし、方位差２０°超え、結晶粒径２０μｍ以上の結晶粒が、測定範囲中に占有率５０％以上存在する組織を再結晶組織とした。観察結果を表１に示した。
表に示すように本発明のＮｏ．１〜４は未再結晶組織が形成されているため、引張強さおよび耐力が大きく増加していることが確認された。また、表面は再結晶組織になっており、ろうの侵食はおこりにくいことも明らかとなった。
【００２５】
【表１】
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【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施形態の押出扁平管を示す斜視図である。
【図２】同じく歪み率を説明する図である。
【図３】同じく内部組織を示す概略図である。
【図４】同じく押出扁平管とヘッダチューブとの接合状態を示す図である。
【符号の説明】
【００２７】
１    押出扁平管
１ａ  表面層
１ｂ  内柱部領域
２    流路孔
２ａ  流路孔内表面層
３    フィン
４    ヘッダチューブ
５    ろう
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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